CHAPTER 10 DAN 11

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

 CHAPTER 10 & CHAPTER 11

High-pass active filter & Bandpass active filter.

FIG. 11.39 & FIG 11.45

1. Pendahuluan (kembali)

A. High-Pass Active Filter

Dalam dunia elektronika dan teknik sinyal, proses pemfilteran sinyal berdasarkan frekuensi merupakan langkah penting untuk memastikan kualitas dan keakuratan sinyal yang diproses. Salah satu jenis filter yang banyak digunakan adalah High-Pass Filter atau filter lulus tinggi, yang berfungsi untuk melewatkan sinyal dengan frekuensi di atas suatu nilai tertentu (cutoff frequency) dan menekan sinyal dengan frekuensi di bawah nilai tersebut.

High-Pass Active Filter adalah pengembangan dari high-pass filter pasif, di mana filter ini memanfaatkan komponen aktif seperti operational amplifier (op-amp), selain komponen pasif seperti resistor dan kapasitor. Penggunaan op-amp memungkinkan filter ini tidak hanya melakukan penyaringan frekuensi, tetapi juga dapat memberikan penguatan (gain) terhadap sinyal keluaran. Hal ini menjadikan high-pass active filter lebih fleksibel dan lebih presisi dibandingkan versi pasifnya.

Filter ini banyak diterapkan dalam berbagai perangkat elektronik seperti sistem audio, instrumen pengukuran, sistem komunikasi, dan sensor elektronik, di mana sinyal-sinyal berfrekuensi rendah seperti noise atau drift perlu dihilangkan.

Fungsi High-Pass Active Filter

1. Melewatkan sinyal berfrekuensi di atas cutoff frequency.
2. Menyaring atau menghilangkan noise atau sinyal frekuensi rendah (seperti DC offset).
3. Digunakan dalam sistem audio untuk menghilangkan bass atau getaran rendah.
4. Memberikan gain tambahan pada sinyal frekuensi tinggi.
5. Membantu dalam isolasi sinyal dan buffering pada tahap pemrosesan sinyal.

B. Band-Pass Active Filter

High-pass filter hanya melewatkan frekuensi di atas nilai tertentu, ada kalanya kita ingin melewatkan hanya rentang tertentu dari spektrum frekuensi. Di sinilah Band-Pass Filter dibutuhkan. Band-Pass Active Filter adalah rangkaian yang melewatkan sinyal dalam suatu pita frekuensi tertentu, yaitu antara frekuensi batas bawah dan batas atas, dan menolak sinyal di luar rentang tersebut.

Filter ini dibangun menggunakan op-amp, dan menggabungkan prinsip dari high-pass filter dan low-pass filter. Dengan bantuan op-amp, band-pass filter aktif mampu memberikan penguatan pada frekuensi yang diinginkan dan meredam frekuensi di luar band-nya secara lebih efisien dan presisi.

Fungsi Band-Pass Active Filter

• Melewatkan sinyal dalam rentang frekuensi tertentu saja.
• Menyaring sinyal frekuensi rendah dan tinggi sekaligus.Digunakan dalam sistem komunikasi (radio, TV) untuk memilih sinyal saluran tertentu.
• Diterapkan dalam instrumen ilmiah dan sensor, misalnya untuk mendeteksi getaran dengan frekuensi tertentu.
• Berguna dalam sistem audio seperti equalizer dan crossover untuk membagi sinyal berdasarkan frekuensi.

2. Tujuan (kembali)

• Memahami prinsip kerja filter lulus tinggi aktif, termasuk bagaimana sinyal frekuensi rendah disaring dan sinyal frekuensi tinggi dilewatkan.

• Mempelajari pengaruh nilai resistor (R) dan kapasitor (C) terhadap frekuensi cutoff dari rangkaian high-pass.

• Mampu merancang dan menganalisis rangkaian high-pass aktif menggunakan op-amp untuk aplikasi tertentu.

• Mengamati respon frekuensi dari filter dan mengetahui bagaimana penguatan (gain) mempengaruhi bentuk sinyal output.

• Mengaplikasikan filter high-pass aktif dalam sistem elektronik seperti audio, sensor, atau komunikasi, untuk mengurangi noise frekuensi rendah.

• Memahami cara kerja filter pita aktif yang melewatkan frekuensi di antara batas bawah dan batas atas (bandwidth).

• Mengetahui cara merancang band-pass filter aktif dengan menentukan frekuensi pusat dan bandwidth menggunakan op-amp.

• Mengamati karakteristik respon frekuensi dari band-pass filter terhadap berbagai sinyal input.

• Mampu menggunakan band-pass filter aktif dalam aplikasi nyata, seperti pemrosesan sinyal audio, sistem komunikasi, dan alat ukur frekuensi.

• Melatih keterampilan analisis dan simulasi rangkaian, baik secara teoritis maupun menggunakan software simulasi seperti Proteus atau Multisim.

3. Alat dan Bahan (kembali)

1. Alat 

- Software Proteus 

Untuk merancang dan menyimulasikan rangkaian elektronika.

2. Bahan

• a. Voltmeter

  

  
  

  Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

  
  

  b. DC Voltage

  

  
  

  Komponen yang menyediakan tegangan tetap antara dua terminal: terminal positif (+) dan terminal negatif (–). Sumber ini digunakan untuk memberikan energi listrik ke rangkaian, dan nilainya bisa berupa tegangan tetap (seperti baterai 5V atau 12V) atau variabel, tergantung konfigurasi rangkaian.

  
  

  
  

  c. Ground

  

  Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal  bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

  
  
  
  

  d. Resistor

  

  
  

  Cara Menghitung Nilai Resistor Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika. 

  
  

  

  
  

  e. Op Amp

  
  

  
• Op-amp (operational amplifier) adalah komponen elektronik aktif yang berfungsi untuk memperkuat perbedaan tegangan antara dua inputnya (input inverting dan non-inverting).
• 
  

4. Dasar Teori (kembali)

A. High-pass filter adalah jenis filter yang dirancang untuk melewatkan sinyal dengan frekuensi lebih tinggi dari frekuensi cutoff (fₚ), dan menahan atau meredam sinyal dengan frekuensi lebih rendah dari nilai tersebut. High-pass aktif berarti filter ini menggunakan komponen aktif seperti operational amplifier (op-amp) untuk memperkuat sinyal yang dilewatkan.

High-pass active filter adalah rangkaian yang melewatkan sinyal frekuensi tinggi dan menolak sinyal frekuensi rendah, menggunakan op-amp sebagai komponen aktif. Filter ini sering digunakan dalam sistem audio dan komunikasi untuk menghilangkan noise rendah atau DC offset.

Komponen utama:

• Resistor (R) dan Kapasitor (C): Menentukan frekuensi cut-off.

• Op-Amp: Memberi penguatan dan kestabilan sistem.

Rangkaian dasar high-pass filter aktif umumnya terdiri dari sebuah kapasitor (C) dan resistor (R) yang dikonfigurasi sedemikian rupa agar menghasilkan respon frekuensi tinggi. Kapasitor di posisi input akan menahan arus pada frekuensi rendah (karena reaktansi tinggi), dan mengalirkan arus lebih besar pada frekuensi tinggi (karena reaktansi lebih kecil), sehingga hanya sinyal frekuensi tinggi yang diteruskan ke tahap berikutnya.

Frekuensi cutoff (fₚ) untuk high-pass filter ditentukan dengan rumus:

$$f_c = \frac{1}{2\pi RC}$$

Di atas frekuensi cutoff, gain dari filter akan naik mendekati nilai maksimum sesuai konfigurasi op-amp. Sementara di bawah frekuensi cutoff, sinyal semakin dilemahkan.

B. Band-pass filter adalah jenis filter yang hanya melewatkan sinyal dalam pita frekuensi tertentu, yaitu antara frekuensi cutoff bawah (fₗ) dan frekuensi cutoff atas (fₕ). Di luar rentang tersebut, sinyal akan dilemahkan. Filter ini merupakan kombinasi dari high-pass filter dan low-pass filter, sehingga hanya sinyal dengan frekuensi menengah yang dapat lolos.

Pada band-pass active filter, digunakan op-amp untuk memperkuat sinyal dalam rentang yang dilewatkan dan memberikan kestabilan dalam performa filter. Respon dari filter ini membentuk kurva "lonceng" atau respon resonansi, dengan frekuensi tengah (f₀) sebagai puncaknya.

Rumus frekuensi tengah dan bandwidth adalah:

$$f_0 = \sqrt{f_L \cdot f_H} \quad \text{dan} \quad BW = f_H - f_L$$

​

Band-pass active filter sangat bermanfaat dalam aplikasi di mana hanya sinyal dari frekuensi tertentu yang ingin diamati, seperti pada komunikasi radio, sensor getaran, atau analisis spektrum frekuensi.

5. Prinsip Kerja [kembali]

A. High-Pass Active Filter bekerja berdasarkan prinsip bahwa kapasitor akan menghambat sinyal frekuensi rendah dan meneruskan sinyal frekuensi tinggi, sedangkan resistor membatasi arus secara linier. Dalam konfigurasi dasar, sinyal masukan terlebih dahulu melewati kapasitor sebelum masuk ke input op-amp.

• Pada frekuensi rendah, reaktansi dari kapasitor sangat tinggi (Xc = 1/2πfC), sehingga sebagian besar sinyal akan terhambat dan tidak diteruskan ke op-amp. Akibatnya, output mendekati nol.

• Pada frekuensi tinggi, reaktansi kapasitor menjadi kecil, sehingga sinyal dapat mengalir dengan mudah ke op-amp dan diteruskan sebagai output. Semakin tinggi frekuensi, semakin besar sinyal yang lolos ke output.

Op-amp pada rangkaian ini berfungsi untuk:

• Menguatkan sinyal yang lolos (gain)

• Memisahkan (buffering) input dan output sehingga tidak saling mempengaruhi

• Menjaga kestabilan dan linearitas respon filter

Dengan konfigurasi tertentu (non-inverting atau inverting), gain dari op-amp bisa diatur melalui rasio resistor pada feedback loop.

B. Band-Pass Active Filter bekerja dengan menggabungkan karakteristik high-pass filter dan low-pass filter secara seri, lalu diperkuat dengan op-amp. Hasilnya, filter ini hanya akan melewatkan sinyal dengan frekuensi di antara dua nilai batas: frekuensi cutoff bawah (fL) dan frekuensi cutoff atas (fH).

• Sinyal dengan frekuensi lebih rendah dari fL akan terhambat oleh bagian high-pass filter.

• Sinyal dengan frekuensi lebih tinggi dari fH akan teredam oleh bagian low-pass filter.

• Sinyal di antara fL dan fH akan diteruskan dan diperkuat oleh op-amp, menghasilkan output maksimum di sekitar frekuensi tengah (f₀).

Frekuensi tengah (resonansi) dapat dihitung dengan:

$$f_0=\sqrt{f_L\cdot f_H}$$

Op-amp pada filter ini memiliki beberapa peran penting:

• Memberikan penguatan (gain) pada frekuensi yang diinginkan

• Menjaga akurasi bandwidth

• Menstabilkan respon frekuensi dengan menghindari distorsi atau pelemahan sinyal penting

6. Problem [kembali]

1. Berapa nilai Rf​ yang diperlukan agar 10 mV input menghasilkan 2 mA arus pada meter? R1=100kΩ,Rs​=10Ω

Jawaban:

2. Berapa tegangan input AC RMS maksimal agar meter 0–1 mA tidak kelebihan beban? (Asumsikan full scale 1 mA, Rs = 10 Ω)

Jawaban:

3. Jika ${\mathrm{<span\; class="msupsub"><span\; class="vlist-t\; vlist-t2"><span\; class="vlist-r"><span\; class="vlist"><span\; class="pstrut"></span><span\; class="sizing\; reset-size6\; size3\; mtight"><span\; class="mord\; mathnormal\; mtight"><span\; style="font-size:\; small;"><span\; style="text-transform:\; none;">R</span></span>s</span></span></span><span\; class="vlist-s"> </span></span></span>diganti\; menjadi\; 20\; \Omega ,\; berapa\; arus\; meter\; saat\; V</span>}}_{}$$\text{<span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="pstrut"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">1=</span></span></span><span class="mord">10</span><span class="mspace"></span><span class="mord text">mV</span>?</span><span class="msupsub"><br></span>}$

Jawaban:

7. Soal Latihan [kembali]      

1. Sebuah DC millivoltmeter menggunakan konfigurasi op-amp non-inverting dengan Rf=100 kΩ, R1=100 kΩ, dan RS=10 Ω. Jika tegangan input sebesar Vi=5 mV, berapa arus yang ditunjukkan oleh meter?

A. 0.1 mA
B. 0.25 mA
C. 0.5 mA
D. 1 mA

Jawaban: C. 0.5 mA

Penjelasan:

Namun karena gain hanya 1 (jika konfigurasi inverting), atau menggunakan fungsi transfer langsung:

2. Sebuah AC millivoltmeter memiliki Rf=100 kΩ, R1=100 , R1​=100kΩ, dan RS​=10Ω. Jika sinyal input AC sebesar 10 mV diberikan, berapa arus maksimum yang ditunjukkan oleh meter?

A. 0.1 mA
B. 0.5 mA
C. 1 mA
D. 2 mA

Jawaban: C. 1 mA

Penjelasan:

 3. Jika sebuah AC millivoltmeter menunjukkan pembacaan 0.25 mA, berapa besar tegangan input AC yang diberikan?

A. 1.5 mV
B. 2.5 mV
C. 5 mV
D. 10 mV

Jawaban: B. 2.5 mV

Penjelasan:

8. Percobaan [kembali]

Fig 11. 39

Fig 11.45

9. Download File [kembali]

Download File 11.39 Klik Disini

Download File 11.45 Klik Disini

• Download Datasheet

Datasheet resistor [download]

Datasheet baterai [download]

Datasheet voltmeter [download]

Datasheet amperemeter [download]

Datasheet Op-amp [disini]

Download Datasheet Op-Amp [klik disini]

[menuju awal]